專利名稱：含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物及制法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水中砷及重金屬污染的處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用化學(xué)試劑合成含有銅、鎂、鐵的，同時(shí)含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物作為吸附劑，并將其應(yīng)用于水中砷及重金屬離子的去除，實(shí)現(xiàn)受污染水的凈化。
背景技術(shù)：
砷污染對(duì)人體健康的危害是世界性的問題，目前世界上有十幾個(gè)國(guó)家發(fā)生大區(qū)域的砷污染事件。我國(guó)是這方面污染較為嚴(yán)重的國(guó)家之一，砷污染一直影響著我國(guó)西北地區(qū)等地農(nóng)村居民的飲用水安全。目前，對(duì)水體中砷的去除方法包括混凝、共沉淀、膜分離、吸附等。吸附法以其經(jīng)濟(jì)高效、操作方便等優(yōu)點(diǎn)在飲用水工程中得到廣泛應(yīng)用。層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物(LDHs)是由帶正電荷的主體層板和層間陰離子通過 非共價(jià)鍵的相互作用組裝而成的化合物。傳統(tǒng)的LDHs是由二價(jià)的鎂離子和三價(jià)的鋁離子構(gòu)成，至今還沒有含有稀土元素的同時(shí)含有銅、鎂、鐵離子的LDHs材料用于水體中砷去除的相關(guān)研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的吸附性能良好的含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物，其特征在于，該氧化物為含有稀土元素同時(shí)含銅、鎂、鐵三種元素的層狀雙
羥基復(fù)合金屬氧化物?！N含有稀土兀素的層狀雙輕基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(I)溶液的準(zhǔn)備將Cu、Mg、Fe和稀土元素的鹽溶于去離子水中，配制成溶液1，溶液I中含Cu2+、Mg2+、Fe3+和稀土兀素的濃度分別為20mmol · L 1 500mmol · L 1 ;取Na2CO3和NaOH溶于去離子水中，配制成溶液2，溶液2中含Na2CO3和NaOH的濃度分別為400mmol · Γ1 2000mmol · L 1 ；(2)合成過程將溶液I和溶液2相互混合加入去離子水中，使Cu2+、Mg2+、Fe3+和稀土元素的四種金屬離子物質(zhì)的量之和與Na2CO3和NaOH物質(zhì)的量之和的比例為(O. I 10) 1，同時(shí)攪拌反應(yīng)，反應(yīng)過程中保持pH值為8. 5 13. 5 ；(3)陳化及烘干步驟(2)反應(yīng)完成后，得到的溶液，在一定溫度下陳化一定的時(shí)間，將陳化后的溶液離心，將分離得到的沉淀物反復(fù)用去離子水沖洗至上清液為中性，然后在一定溫度下烘干得到產(chǎn)品。
步驟(I)所述的Cu、Mg、Fe和稀土元素的鹽為硝酸鹽、鹽酸鹽或硫酸鹽，所述的稀土元素為L(zhǎng)a。步驟⑵所述的攪拌反應(yīng)的速度為50 lOOOrpm。步驟(3)所述的陳化的溫度為15 90°C，陳化的時(shí)間為6h 48h，烘干溫度為70O 250O。一種含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的應(yīng)用，其特征在于，稱取含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物加入到含砷水溶液中，以酸或堿溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值后，置于一定溫度的恒溫箱中振蕩一定時(shí)間，然后，測(cè)定上清液中砷的濃度，根據(jù)吸附前后水中砷的濃度差,確定吸附劑對(duì)水中砷元素的吸附量。所述的含砷水溶液中砷的濃度范圍為I 500mg/L，所述的含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物在含砷水溶液中的濃度為O. 1-0. 3g/L。所述的調(diào)節(jié)溶液的pH的堿為氫氧化鈉或氨水，酸為鹽酸、硝酸或硫酸，溶液的pH范圍為3. O 11. O。所述的恒溫箱的振蕩速率為50 500rpm，振蕩時(shí)間為I 48小時(shí)，振蕩溫度為15 50 。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合成了含稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物，結(jié)合吸附技術(shù)用于水體中污染物砷的吸附，實(shí)現(xiàn)了水中砷的有效去除。具有制備方便、利用效率聞等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明方法的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明同時(shí)含稀土元素、銅、鎂、鐵的羥基復(fù)合金屬氧化物材料吸附水中砷的應(yīng)用實(shí)例路徑圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例I :如圖1-2所示，一種含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，及該含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物對(duì)砷的吸附去除應(yīng)用，步驟如下(I)配置IOOml的溶液1，溶液I中含有Cu2+、Mg2+、Fe3+、La3+，其中Cu2+的濃度為2OmmoI *L ^Mg2+的濃度為 60mmol *L ^Fe3+的濃度為 20mmol *L ^La3+的濃度為 20mmol *L 1 ；另配置IOOml的溶液2，溶液2中含有Na2CO3和NaOH，Na2CO3的濃度為400mmol · Γ1，NaOH的濃度為400mmol · L、(2)將上述配置好的溶液I和溶液2以一定速度滴加到含有IOOml的去離子水的燒杯中，滴加過程中進(jìn)行劇烈攪拌，攪拌速度為lOOOrpm，同時(shí)控制反應(yīng)過程的pH值保持在11左右。(3)將反應(yīng)后的溶液在15°C下陳化48h，離心，并用去離子水反復(fù)沖洗沉淀物，至上清液的PH值達(dá)到中性。在150°C下烘干，用研缽磨成粉末狀。(4)稱取0. 0200g上述方法制備的層狀吸附劑，置于IOOml含5. 0mg/L五價(jià)砷的砷酸鹽溶液中，以氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液調(diào)節(jié)溶液的PH為6。將溶液置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中24小時(shí)，振蕩速率為150rpm，使用ICP測(cè)反應(yīng)后溶液中砷的濃度，結(jié)果表明本吸附劑對(duì)五價(jià)砷的吸附容量達(dá)16mg/g。實(shí)施例2 (I)配置50ml的溶液1，溶液I中含有Cu2+、Mg2+，F(xiàn)e3+及La3+，其中Cu2+的濃度為 500mmol · L \ Mg2+ 的濃度為 500mmol · L \ Fe3+ 的濃度為 500mmol · L \ La3+ 的濃度為500mmol · L—1 ;另配置50ml的溶液2，溶液2中含有Na2CO3和NaOH，Na2CO3的濃度為2000mmol · L \ NaOH 的濃度為 2000mmol · L、(2)將上述配置好的溶液I和溶液2以一定速度滴加到含有200ml的去離子水的燒杯中，滴加過程中燒杯進(jìn)行劇烈攪拌，同時(shí)控制反應(yīng)過程的PH值保持在10左右。
(3)將反應(yīng)后的溶液在35°C下陳化，離心，并用去離子水反復(fù)沖洗，至上清液的pH值達(dá)到中性。在120°C下烘干，用研缽磨成粉末狀。(4)稱取O. 0500g上述方法制備的層狀吸附劑，置于250ml含5. Omg/L三價(jià)砷的亞砷酸鹽溶液中，以氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液調(diào)節(jié)溶液的PH為5. 5。將溶液置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中12小時(shí)，振蕩速率為250rpm，使用ICP測(cè)反應(yīng)后溶液中三價(jià)砷的濃度，結(jié)果表明本吸附劑對(duì)三價(jià)砷的吸附容量達(dá)12mg/g。實(shí)施例3—種含有稀土兀素的層狀雙輕基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(I)溶液的準(zhǔn)備將Cu (NO3) 2、Mg (NO3) 2、Fe (NO3) 3及La (NO3) 3溶于去離子水中，配制成溶液I，溶液I中 Cu2+ 的濃度為 IOOmmol · L \ Mg2+ 的濃度為 20mmol · L \ Fe3+ 的濃度為 30mmol · L \ La3+的濃度為30mmol -Γ1 ;取Na2CO3和NaOH溶于去離子水中，配制成溶液2，溶液2中含Na2CO3和NaOH的濃度均為800mmol · L 1 ；(2)合成過程將溶液I和溶液2相互混合到去離子水中，使Cu2+、Mg2+、Fe3+、La3+的四種金屬離子物質(zhì)的量之和與Na2CO3和NaOH物質(zhì)的量之和的比例為O. I : 1，同時(shí)攪拌反應(yīng)，攪拌反應(yīng)的速度為50rpm，反應(yīng)過程中保持pH值為8. 5 ;(3)陳化及烘干步驟(2)反應(yīng)完成后，得到含沉淀的溶液，在15°C下陳化48h，將陳化后的溶液離心，將分離得到的沉淀物反復(fù)用去離子水沖洗至上清液為中性，然后在70°C溫度下烘干得到產(chǎn)品。(4)應(yīng)用稱取含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物加入到含砷水溶液中，含砷水溶液中砷的濃度為lmg/L，含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的濃度為O. lg/L，以氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)所得含砷水溶液的PH值為11. O后，置于15°C的恒溫箱中振蕩48小時(shí)，振蕩速率為50rpm，然后，測(cè)定上清液中砷的濃度，根據(jù)吸附前后水中砷的濃度差，確定吸附劑對(duì)水中砷元素的吸附量。實(shí)施例4
—種含有稀土兀素的層狀雙輕基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(I)溶液的準(zhǔn)備將Cu (SO4) 2、Mg (SO4) 2、Fe (SO4) 2及La (NO3) 3溶于去離子水中，配制成溶液I，溶液I中 Cu2+ 的濃度為 IOOmmol · L \ Mg2+ 的濃度為 20mmol · L \ Fe3+ 的濃度為 30mmol · L \ La3+的濃度為30mmol -Γ1 ;取Na2CO3和NaOH溶于去離子水中，配制成溶液2，溶液2中含Na2CO3和NaOH的濃度均為800mmol · L 1 ；(2)合成過程將溶液I和溶液2相互混合到去離子水中，使CU2+、Mg2+、Fe3+、La3+的四種金屬離子物質(zhì)的量之和與Na2COJP NaOH物質(zhì)的量之和的比例為10 1，同時(shí)攪拌反應(yīng)，攪拌反應(yīng)的速度為lOOOrpm，反應(yīng)過程中保持pH值為13. 5 ； (3)陳化及烘干步驟(2)反應(yīng)完成后，得到含沉淀的溶液，在90°C下陳化6h，將陳化后的溶液離心，將分離得到的沉淀物反復(fù)用去離子水沖洗至上清液為中性，然后在250°C溫度下烘干得到產(chǎn)品。(4)應(yīng)用稱取含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物加入到含砷水溶液中，含砷水溶液中砷的濃度為500mg/L，含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的濃度為O. 3g/L，以鹽酸調(diào)節(jié)所得含砷水溶液的PH值為3后，置于50°C 2的恒溫箱中振蕩I小時(shí)，振蕩速率為500rpm，然后,測(cè)定上清液中砷的濃度,根據(jù)吸附前后水中砷的濃度差,確定吸附劑對(duì)水中砷元素的吸附量。
權(quán)利要求
1.一種含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物，其特征在于，該氧化物為含有稀土元素同時(shí)含銅、鎂、鐵三種元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物。
2.一種如權(quán)利要求I所述的含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)溶液的準(zhǔn)備將Cu、Mg、Fe和稀土元素的鹽溶于去離子水中，配制成溶液1，溶液I中含Cu2+、Mg2+、Fe3+和稀土兀素的濃度分別為20mmol · L-1 500mmol · L-1 ;取Na2CO3和NaOH溶于去離子水中，配制成溶液2，溶液2中含Na2CO3和NaOH的濃度分別為400mmol · Γ1 2000mmol · Γ1 ；(2)合成過程將溶液I和溶液2相互混合加入去離子水中，使Cu2+、Mg2+、Fe3+和稀土元素的四種金屬離子物質(zhì)的量之和與Na2CO3和NaOH物質(zhì)的量之和的比例為(O. I 10) 1，同時(shí)攪拌反應(yīng)，反應(yīng)過程中保持pH值為8. 5 13. 5 ;(3)陳化及烘干步驟(2)反應(yīng)完成后，得到的溶液，在一定溫度下陳化一定的時(shí)間，將陳化后的溶液離心，將分離得到的沉淀物反復(fù)用去離子水沖洗至上清液為中性，然后在一定溫度下烘干得到產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的Cu、Mg、Fe和稀土元素的鹽為硝酸鹽、鹽酸鹽或硫酸鹽，所述的稀土元素為L(zhǎng)a。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的攪拌反應(yīng)的速度為50 lOOOrpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的陳化的溫度為15 90°C，陳化的時(shí)間為6h 48h，烘干溫度為 70°C 250°C。
6.一種如權(quán)利要求I所述的含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的應(yīng)用，其特征在于，稱取含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物加入到含砷水溶液中，以酸或堿溶液調(diào)節(jié)溶液的PH值后，置于一定溫度的恒溫箱中振蕩一定時(shí)間，然后，測(cè)定上清液中砷的濃度，根據(jù)吸附前后水中砷的濃度差，確定吸附劑對(duì)水中砷元素的吸附量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的應(yīng)用，其特征在于，所述的含砷水溶液中砷的濃度范圍為I 500mg/L，所述的含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物在含砷水溶液中的濃度為O. 1-0. 3g/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的應(yīng)用，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)溶液的PH的堿為氫氧化鈉或氨水，酸為鹽酸、硝酸或硫酸，溶液的pH范圍為 3. O 11. O。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物的應(yīng)用，其特征在于，所述的恒溫箱的振蕩速率為50 500rpm，振蕩時(shí)間為I 48小時(shí)，振蕩溫度為15 .50 O。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物及其制備方法和應(yīng)用，是以含金屬元素鑭、銅、鎂、鐵的鹽為原料，合成含稀土元素的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物，用于水中砷的吸附去除。工藝步驟如下首先配置含有一定濃度的鑭、銅、鎂、鐵的溶液1，配置含有一定濃度的氫氧化鈉、碳酸鈉的溶液2；然后將兩種溶液一定的速度混合滴加到含有一定量去離子水的燒杯中，同時(shí)攪拌。將反應(yīng)后含沉淀的溶液在一定溫度下陳化一段時(shí)間，離心并用去離子水反復(fù)沖洗沉淀至上清液為中性，烘干，即制得含有稀土元素鑭的層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物吸附劑產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)品可有效處理和凈化水砷的污染，且具有利用率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J20/06GK102923754SQ20111023053
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者朱志良, 郭艷微, 仇雁翎 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)